第一講系統(tǒng)工程概論-網(wǎng)絡(luò)版

第一講系統(tǒng)工程概述李慧芳

北京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院1.1系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展1.2系統(tǒng)1.3系統(tǒng)工程1.4系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)1.5系統(tǒng)工程方法論主要內(nèi)容1.1系統(tǒng)工程的產(chǎn)生與發(fā)展系統(tǒng)工程的產(chǎn)生系統(tǒng)工程的發(fā)展系統(tǒng)工程的應(yīng)用系統(tǒng)工程的產(chǎn)生系統(tǒng)思想的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即：1、“只見(jiàn)森林”（樸素的系統(tǒng)思想）階段；2、“只見(jiàn)樹(shù)木”階段；3、“先見(jiàn)森林，后見(jiàn)樹(shù)木”（科學(xué)的系統(tǒng)思想）階段。古代中國(guó)和古希臘在系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與早期發(fā)展中具有突出地位和貢獻(xiàn)。整體思想和聯(lián)系思想是科學(xué)系統(tǒng)思想的核心與實(shí)質(zhì)。一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)及自組織理論等是系統(tǒng)理論的重要內(nèi)容和系統(tǒng)工程的理論基礎(chǔ)。

系統(tǒng)工程的產(chǎn)生系統(tǒng)工程的發(fā)展階段年代（份）重大工程實(shí)踐或事件重要理論與方法貢獻(xiàn)I1930美國(guó)發(fā)展與研究廣播電視正式提出系統(tǒng)方法（Systemsapproach）的概念1940美國(guó)實(shí)施彩電開(kāi)發(fā)計(jì)劃采用系統(tǒng)方法，并取得巨大成功美國(guó)Bell電話公司開(kāi)發(fā)微波通訊系統(tǒng)正式使用系統(tǒng)工程（SystemsEngineering，SE）一詞II第二次世界大戰(zhàn)期間英、美等國(guó)的反空襲等軍事行動(dòng)產(chǎn)生軍事運(yùn)籌學(xué)（MilitaryOperationsResearch）,也即軍事系統(tǒng)工程本世紀(jì)40年代美國(guó)研制原子彈的“曼哈頓計(jì)劃”運(yùn)用系統(tǒng)工程，并推動(dòng)了其發(fā)展1945美國(guó)空軍建立蘭德（RAND）公司曾經(jīng)提出系統(tǒng)分析（Systemsanalysis）概念，強(qiáng)調(diào)了其重要性III40年代后期到50年代初期運(yùn)籌學(xué)的廣泛運(yùn)用與發(fā)展、控制論的創(chuàng)立與應(yīng)用、電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為SE奠定了重要的學(xué)科基礎(chǔ)IV1957H.Good和R.E.Machol發(fā)表第一部名為《系統(tǒng)工程》的著作系統(tǒng)工程學(xué)科形成的標(biāo)志1958美國(guó)研制北極星導(dǎo)彈潛艇提出PERT（網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)），這是最早的系統(tǒng)工程技術(shù)之一。1965R.E.Machol編著《系統(tǒng)工程手冊(cè)》表明系統(tǒng)工程的實(shí)用化和規(guī)范化美國(guó)自動(dòng)控制學(xué)家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念為現(xiàn)代SE奠定了重要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1961-1972美國(guó)實(shí)施“阿波羅”登月計(jì)劃使用了多種SE方法，其成功極大地提高了SE的地位V1972國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）在維也納成立SE的應(yīng)用開(kāi)始從工程領(lǐng)域進(jìn)入到社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，并發(fā)展到了一個(gè)重要的新階段。70年代SE的廣泛應(yīng)用在國(guó)際上達(dá)到高潮VI80年代SE在國(guó)際上穩(wěn)定發(fā)展、在中國(guó)的研究與應(yīng)用達(dá)到高潮

田忌賽馬的故事

公元前四世紀(jì)的中國(guó)，處在諸侯割據(jù)的狀態(tài)，歷史上稱(chēng)為“戰(zhàn)國(guó)時(shí)期”。在魏國(guó)作官的孫臏，因?yàn)槭艿酵琵嬩傅钠群?，被齊國(guó)使臣救出后，到達(dá)齊國(guó)國(guó)都。

齊國(guó)使臣將他引見(jiàn)給齊國(guó)的大將軍田忌，田忌向?qū)O臏請(qǐng)教兵法，孫臏講了三天三夜，田忌特別佩服，將孫臏待為貴賓，孫臏對(duì)田忌也很感激，經(jīng)常為他獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。

賽馬是當(dāng)時(shí)最受齊國(guó)貴族歡迎的娛樂(lè)項(xiàng)目。上至國(guó)王，下到大臣，常常以賽馬取樂(lè)，并以重金賭輸贏。田忌多次與國(guó)王及其他大臣賭輸贏，屢賭屢輸。一天他賽馬又輸了，回家后悶悶不樂(lè)。孫臏安慰他說(shuō)：“下次有機(jī)會(huì)帶我到馬場(chǎng)看看，也許我能幫你?！?/p>

當(dāng)又一次賽馬時(shí)，孫臏隨田忌來(lái)到賽馬場(chǎng)，滿朝文武官員和城里的平民也都來(lái)看熱鬧。孫臏了解到，大家的馬按奔跑的速度分為上中下三等，等次不同裝飾不同，各家的馬依等次比賽，比賽為三賽二勝制。

孫臏仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)，田忌的馬和其他人的馬相差并不遠(yuǎn)，只是策略運(yùn)用不當(dāng)，以致失敗。孫臏告訴田忌：“大將軍，請(qǐng)放心，我有辦法讓你獲勝。”田忌聽(tīng)后非常高興，隨即以千金作賭注約請(qǐng)國(guó)王與他賽馬。國(guó)王在賽馬中從沒(méi)輸過(guò)，所以欣然答應(yīng)了田忌的邀請(qǐng)。

比賽前田忌按照孫臏的主意，用上等馬鞍將下等馬裝飾起來(lái)，冒充上等馬，與齊王的上等馬比賽。比賽開(kāi)始，只見(jiàn)齊王的好馬飛快地沖在前面，而田忌的馬遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在后面，國(guó)王得意地開(kāi)懷大笑。第二場(chǎng)比賽，還是按照孫臏的安排，田忌用自己的上等馬與國(guó)王的中等馬比賽，在一片喝彩中，只見(jiàn)田忌的馬竟然沖到齊王的馬前面，贏了第二場(chǎng)。關(guān)鍵的第三場(chǎng)，田忌的中等馬和國(guó)王的下等馬比賽，田忌的馬又一次沖到國(guó)王的馬前面，結(jié)果二比一，田忌贏了國(guó)王。

從未輸過(guò)比賽的國(guó)王目瞪口呆，他不知道田忌從哪里得到了這么好的賽馬。這時(shí)田忌告訴齊王，他的勝利并不是因?yàn)檎业搅烁玫鸟R，而是用了計(jì)策。隨后，他將孫臏的計(jì)策講了出來(lái)，齊王恍然大悟，立刻把孫臏召入王宮。孫臏告訴齊王，在雙方條件相當(dāng)時(shí)，對(duì)策得當(dāng)可以戰(zhàn)勝對(duì)方，在雙方條件相差很遠(yuǎn)時(shí)，對(duì)策得當(dāng)也可將損失減低到最低程度。后來(lái)，國(guó)王任命孫臏為軍師，揮指全國(guó)的軍隊(duì)。從此，孫臏協(xié)助田忌，改善齊軍的作戰(zhàn)方法，齊軍在與別國(guó)軍隊(duì)的戰(zhàn)爭(zhēng)中因此屢屢取勝。系統(tǒng)工程在中國(guó)的發(fā)展上世紀(jì)50至60年代，我國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)和著名學(xué)者為SE的研究與應(yīng)用作了理論上的探討、應(yīng)用上的償試和技術(shù)方法上的準(zhǔn)備。其主要標(biāo)志和集中代表是錢(qián)學(xué)森的《工程控制論》、華羅庚的《統(tǒng)籌法》和許國(guó)志的《運(yùn)籌學(xué)》；

我國(guó)大規(guī)模地研究與應(yīng)用SE是從70年代末、80年代初開(kāi)始。

1978年9月27日，錢(qián)學(xué)森、許國(guó)志、王壽云在《文匯報(bào)》發(fā)表題為“組織管理的技術(shù)——系統(tǒng)工程”的長(zhǎng)篇文章；從1978年起，西安交大、天津大學(xué)、清華大學(xué)、華中理工大學(xué)、大連理工大學(xué)等國(guó)內(nèi)著名大學(xué)開(kāi)始招收了第一批SE專(zhuān)業(yè)碩士研究生；

1980年11月，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)在北京成立；1980年10月至1981年1月，中國(guó)科協(xié)、中央電視臺(tái)會(huì)同中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦“系統(tǒng)工程電視普及講座（45講）”，取得了良好的社會(huì)效果。系統(tǒng)工程在中國(guó)的發(fā)展

70年代末以來(lái)，應(yīng)用SE理論和方法來(lái)研究與解決我國(guó)的重大現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，在許多領(lǐng)域和方面取得了較好的效果，如：人口問(wèn)題的定量研究及應(yīng)用（始于1978年）、2000年中國(guó)的研究(1983至1985年）、全國(guó)和地區(qū)能源規(guī)劃（始于1980年）、全國(guó)人才和教育規(guī)劃（始于1983年）、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程（始于1980年）、區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略（始于1982年）、投入產(chǎn)出表的應(yīng)用（始于60年代和1976年）、軍事系統(tǒng)工程（始于1978年）、水資源的開(kāi)發(fā)利用（始于1978年）等。

90年代以來(lái)，系統(tǒng)工程在與企業(yè)發(fā)展結(jié)合、與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合、與實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合、與思維科學(xué)結(jié)合等方面已具有初步結(jié)果和強(qiáng)勁勢(shì)頭。系統(tǒng)工程在中國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用1.2系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)“系統(tǒng)”的定義：近代一些科學(xué)家、哲學(xué)家常用系統(tǒng)一詞來(lái)表示復(fù)雜的具有一定結(jié)構(gòu)的研究對(duì)象，如天體系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、工程系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、流體系統(tǒng)、教育系統(tǒng)等。“系統(tǒng)”是由相互作用和相互依賴(lài)的若干組成部分(要素)結(jié)合而成、具有特定功能的有機(jī)整體。1、系統(tǒng)必須由兩個(gè)或兩個(gè)以上的要素組成，要素是構(gòu)成系統(tǒng)的基本單位；2、要素與要素之間存在著一定的有機(jī)聯(lián)系，在系統(tǒng)的內(nèi)部和外部形成一定的結(jié)構(gòu)和秩序，任何一個(gè)系統(tǒng)又是它所從事的一個(gè)更大的系統(tǒng)的組成部分，系統(tǒng)整體與要素、要素與要素、整體與環(huán)境之間相互作用；3、任何系統(tǒng)都有特定的功能，這是整體具有不同于各個(gè)組成要素的新功能。系統(tǒng)必須具備的三個(gè)條件：系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）整體性；（2）層次性；（3）相關(guān)性；（4）目的性；（5）適應(yīng)性。（1）系統(tǒng)的整體性具有獨(dú)立功能的系統(tǒng)要素以及要素間的相互關(guān)系是根據(jù)邏輯統(tǒng)一性的要求，協(xié)調(diào)存在于系統(tǒng)整體之中。任何一個(gè)要素不能離開(kāi)整體去研究，要素之間的聯(lián)系和作用也不能脫離整體去考慮。系統(tǒng)的構(gòu)成要素和要素的機(jī)能、要素間的相互聯(lián)系要服從系統(tǒng)整體的功能和目的，在整體功能的基礎(chǔ)上展開(kāi)各要素及其相互之間的活動(dòng)，這種活動(dòng)的總和形成了系統(tǒng)整體的有機(jī)行為。在一個(gè)系統(tǒng)整體中、即使每個(gè)要素并不都很完善，但它們也可以協(xié)調(diào)、綜合成為具有良好功能的系統(tǒng)。相反，即使每個(gè)要素都是良好的，但作為整體卻不具備某種良好的功能，也就不能稱(chēng)之為完善的系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)的層次性

系統(tǒng)作為一個(gè)相互作用的諸要素的整體來(lái)看，它都可以在空間或時(shí)間上分解為一系列的子系統(tǒng)(sub-system)，并存在一定的層次結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為系統(tǒng)具有樹(shù)狀或金字塔結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)中表述不同層次子系統(tǒng)之間的從屬關(guān)系或相互作用關(guān)系，子系統(tǒng)在不同的層次結(jié)構(gòu)中存在著不同的運(yùn)動(dòng)形式，這便構(gòu)成了系統(tǒng)的整體運(yùn)動(dòng)特性，為深入研究復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及有效地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)提供了條件。

（3）系統(tǒng)的相關(guān)性組成系統(tǒng)的要素是相互聯(lián)系、相互作用的，相關(guān)性說(shuō)明這些聯(lián)系之間的特定關(guān)系和演變規(guī)律。例如，城市是一個(gè)大系統(tǒng)，它由資源系統(tǒng)、市政系統(tǒng)、文化教育系統(tǒng)、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、交通運(yùn)輸系統(tǒng)、郵電通訊系統(tǒng)等相互聯(lián)系的部分組成，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)完成城市生活和發(fā)展的特定目標(biāo)。各子系統(tǒng)之間具有密切的關(guān)系，相互影響、相互制約、相互作用，牽一發(fā)而動(dòng)全身。要求系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)整體目標(biāo)，盡量避免系統(tǒng)的“內(nèi)耗”，提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。

（4）系統(tǒng)的目的性

任何系統(tǒng)都有其存在的作用與價(jià)值，有其運(yùn)行的具體目的。為達(dá)到既定的目的，系統(tǒng)都具有一定的功能，而這正是區(qū)別不同系統(tǒng)的標(biāo)志。系統(tǒng)的目的一般用更具體的目標(biāo)來(lái)體現(xiàn)，比較復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)都具有不止一個(gè)目標(biāo)。因此，需要用一個(gè)指標(biāo)體系來(lái)描述系統(tǒng)的目標(biāo)。例如，衡量一個(gè)工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)，不僅要考核它的產(chǎn)量、產(chǎn)值指標(biāo)，而且要考核它的成本、利潤(rùn)和質(zhì)量指標(biāo)。在指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)之間有時(shí)相互矛盾，需要從整體出發(fā)，力求獲得全局最優(yōu)的經(jīng)營(yíng)效果，在矛盾的目標(biāo)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)，尋求平衡或折衷目標(biāo)方案。（5）系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性

任何一個(gè)系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之中，并與外界環(huán)境之間產(chǎn)生物質(zhì)、能量和信息交換，外界環(huán)境的變化必然會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部各要素的變化。不能適應(yīng)環(huán)境變化的系統(tǒng)將失去生命力，只有能夠經(jīng)常與外界環(huán)境保持最優(yōu)適應(yīng)狀態(tài)的系統(tǒng)，才是具有發(fā)展前景的理想系統(tǒng)。例如，一個(gè)企業(yè)必須經(jīng)常了解市場(chǎng)動(dòng)態(tài)、同類(lèi)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)動(dòng)向、有關(guān)行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求等環(huán)境變化，并在此基礎(chǔ)上研究企業(yè)的經(jīng)營(yíng)策略，調(diào)整企業(yè)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)環(huán)境的變化，最終贏得市場(chǎng)。systemboundaryenvironmentmass,energy,informationinterchange系統(tǒng)與外部環(huán)境的關(guān)系系統(tǒng)的分類(lèi)（1）自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)（2）實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)（3）動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和靜態(tài)系統(tǒng)（4）控制系統(tǒng)與行為系統(tǒng)（5）開(kāi)放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)

（1）自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)按照系統(tǒng)的起源，自然系統(tǒng)是由自然過(guò)程產(chǎn)生的系統(tǒng)。這類(lèi)系統(tǒng)是自然物(礦物、植物、動(dòng)物等）所自然形成的系統(tǒng)。人造系統(tǒng)則根據(jù)特定的目標(biāo)將有關(guān)元素按其屬性和相互關(guān)系組合而成的系統(tǒng)，如生產(chǎn)系統(tǒng)和管理系統(tǒng)?，F(xiàn)實(shí)生活中，大多數(shù)系統(tǒng)是自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)的復(fù)合系統(tǒng)。如在人造系統(tǒng)中，有許多是人們運(yùn)用科學(xué)技術(shù)，改造了自然系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的人造系統(tǒng)。但是，許多人造系統(tǒng)的出現(xiàn)破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)破壞。近年來(lái)，系統(tǒng)工程愈來(lái)愈注意從自然系統(tǒng)的屬性和關(guān)系中，探討研究人造系統(tǒng)。

（2）實(shí)體系統(tǒng)與概念系統(tǒng)凡是以礦物、生物、機(jī)械和人群等實(shí)體為基本要素構(gòu)成的系統(tǒng)稱(chēng)之為實(shí)體系統(tǒng)。凡是由概念、原理、原則、方法、制皮、程序等模念性的非物質(zhì)實(shí)體所構(gòu)成的系統(tǒng)稱(chēng)為概念系統(tǒng)，如管理系統(tǒng)、軍事指揮系統(tǒng)、社會(huì)系統(tǒng)等。在實(shí)際生活中，實(shí)體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)在多數(shù)情況下是結(jié)合在一起的，實(shí)體系統(tǒng)是概念系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而概念系統(tǒng)往往是實(shí)體系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，指導(dǎo)實(shí)體系統(tǒng)的行為。如軍事指揮系統(tǒng)中既包括軍事指揮員的思想、信息、原則、命令等概念系統(tǒng)，也包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通訊設(shè)備系統(tǒng)等實(shí)體系統(tǒng)。

（3）動(dòng)態(tài)系統(tǒng)與靜態(tài)系統(tǒng)(穩(wěn)態(tài)系統(tǒng))

動(dòng)態(tài)系統(tǒng)就是系統(tǒng)的狀態(tài)變量隨時(shí)間而變化的系統(tǒng)，即系統(tǒng)的狀態(tài)變量是時(shí)間的函數(shù)；而靜態(tài)系統(tǒng)則是表征系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律的數(shù)學(xué)模型中不含有時(shí)間因素，即模型中的變量不隨時(shí)間變化，它是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一種極限狀戀，即狀態(tài)處于穩(wěn)定的系統(tǒng)。例如：一個(gè)化工生產(chǎn)系統(tǒng)是一種連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，系統(tǒng)中的參數(shù)是隨著時(shí)間而變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。大多數(shù)系統(tǒng)都是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，但是，由于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)個(gè)各種參數(shù)之間的相互關(guān)系是非常復(fù)雜的，要找出其中的規(guī)律性非常困難。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)假設(shè)系統(tǒng)是靜態(tài)的或使系統(tǒng)中的參數(shù)隨時(shí)間變化的幅度很小而視同靜態(tài)的。（4）控制系統(tǒng)與行為系統(tǒng)控制就是為了達(dá)到某個(gè)目的給對(duì)象系統(tǒng)所加的必要?jiǎng)幼?，為了?shí)行控制而構(gòu)成的系統(tǒng)叫做控制系統(tǒng)。當(dāng)控制系統(tǒng)由控制裝置自動(dòng)進(jìn)行時(shí)，稱(chēng)之為自動(dòng)控制系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械加工生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)。行為系統(tǒng)是以完成目的的行為作為構(gòu)成要素而形成的系統(tǒng)。所謂行為就是為了達(dá)到某一確定的目的而執(zhí)行某種特定功能的一種作用，這種作用能對(duì)外部環(huán)境產(chǎn)生某些效用。這種系統(tǒng)一般是根據(jù)某種運(yùn)行機(jī)制而實(shí)現(xiàn)某種特定行為的系統(tǒng)，而不是受某種控制作用而運(yùn)行的系統(tǒng)。

（5）開(kāi)放系統(tǒng)與封閉系統(tǒng)

開(kāi)放系統(tǒng)是指系統(tǒng)與外界環(huán)境之間具有物質(zhì)、能量與信息交換，例如生命系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)；如果該系統(tǒng)與環(huán)境之間沒(méi)有物質(zhì)、能量和信息的交換，則稱(chēng)之為封閉系統(tǒng)，封閉系統(tǒng)是與環(huán)境完全隔絕的孤立系統(tǒng)。開(kāi)放系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部各子系統(tǒng)的不斷調(diào)整來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化，以保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，獲得發(fā)展。開(kāi)放系統(tǒng)一般具有自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)工程研究具有特定輸入、輸出的相對(duì)孤立系統(tǒng)。1.3系統(tǒng)工程的概念與特點(diǎn)系統(tǒng)工程的若干定義：

(1)錢(qián)學(xué)森指出：“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和使用的科學(xué)方法”，‘‘系統(tǒng)工程是一門(mén)組織管理的技術(shù)”。

(2)美國(guó)著名學(xué)者H．切斯納(H．Chestnut)指出：“系統(tǒng)工程認(rèn)為雖然每個(gè)系統(tǒng)都由許多不同的特殊功能部分所組成，而這些功能部分之間又存在著相互關(guān)系，但是每一個(gè)系統(tǒng)都是完整的整體，每一個(gè)系統(tǒng)都要求有一個(gè)或若干個(gè)目標(biāo)。系統(tǒng)工程則是按照各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡，全面求得最優(yōu)解(或滿意解)的方法，并使各組成部分能夠最大限度地互相適應(yīng)?！?/p>

(3)日本學(xué)者三浦武雄指出：“系統(tǒng)工程與其它工程學(xué)不同之處在于它是跨越許多學(xué)科的科學(xué)，而且是填補(bǔ)這些學(xué)科邊界空白的邊緣科學(xué)。因?yàn)橄到y(tǒng)工程的目的是研究系統(tǒng)，而系統(tǒng)不僅涉及到工程學(xué)的領(lǐng)域，還涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治等領(lǐng)域，為了圓滿解決這些交叉領(lǐng)域的問(wèn)題，除了需要某些縱向的專(zhuān)門(mén)技術(shù)以外，還要有一種技術(shù)從橫向把它們組織起來(lái)，這種橫向技術(shù)就是系統(tǒng)工程。也就是研究系統(tǒng)所需的思想、技術(shù)和理論等體系化的總稱(chēng)?！?/p>

(4)《中國(guó)大百科全書(shū)·自動(dòng)控制與系統(tǒng)工程卷》指出：“系統(tǒng)工程是從整體出發(fā)合理開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)用系統(tǒng)的工程技術(shù)，它是系統(tǒng)科學(xué)中直接改造世界的工程技術(shù)”。

(5)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)規(guī)定：“系統(tǒng)工程是為了更好地達(dá)到系統(tǒng)目標(biāo)，而對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、信息流動(dòng)和控制機(jī)制等進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)的技術(shù)”。

(6)美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-499A定義：“系統(tǒng)工程是將科學(xué)和工程技術(shù)的成就應(yīng)用于：(i)通過(guò)運(yùn)用定義、綜合、分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)的反復(fù)迭代過(guò)程，將作戰(zhàn)需求轉(zhuǎn)變?yōu)橐唤M系統(tǒng)性能參數(shù)和系統(tǒng)技術(shù)狀態(tài)的描述；(ii)綜合有關(guān)的技術(shù)參數(shù)，確保所有物理、功能和程序接口的兼容性，以便優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的定義和設(shè)計(jì)；(iii)將可靠性、維修性、安全性、生存性、人因工程和其它有關(guān)因素綜合到整個(gè)工程工作之中，以滿足費(fèi)用、進(jìn)度、保障性和技術(shù)性能指標(biāo)?！?/p>

綜上所述，系統(tǒng)工程是：從總體出發(fā)，合理開(kāi)發(fā)、運(yùn)行和革新一個(gè)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)所需的思想、理論、方法論、方法與技術(shù)的總稱(chēng)，屬于一門(mén)綜合性的工程技術(shù)；按照問(wèn)題導(dǎo)向的原則，根據(jù)總體協(xié)調(diào)的需要，把自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、數(shù)學(xué)、管理學(xué)、工程技術(shù)等領(lǐng)域的相關(guān)思想、理論、方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用定量分析和定性分析相結(jié)合的基本方法，采用現(xiàn)代信息技術(shù)等技術(shù)手段，對(duì)系統(tǒng)的功能配置、構(gòu)成要素、組織結(jié)構(gòu)、環(huán)境影響、信息交換、反饋控制、行為特點(diǎn)等進(jìn)行系統(tǒng)分析；最終達(dá)到使系統(tǒng)合理開(kāi)發(fā)、科學(xué)管理、持續(xù)改進(jìn)、協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。系統(tǒng)工程的特點(diǎn)（1）整體性（系統(tǒng)性）（2）關(guān)聯(lián)性（協(xié)調(diào)性）（3）綜合性（交叉性）（4）滿意性（最優(yōu)化）

（1）整體性（系統(tǒng)性）整體性是系統(tǒng)工程最基本的特點(diǎn)，系統(tǒng)工程把所研究的對(duì)象看成一個(gè)整體系統(tǒng)，這個(gè)整體系統(tǒng)又是由若干部分(要素與子系統(tǒng))有機(jī)結(jié)合而成的。因此，系統(tǒng)工程在研制系統(tǒng)時(shí)總是從整體性出發(fā)，從整體與部分之間相互依賴(lài)、相互制約的關(guān)系中去揭示系統(tǒng)的特征和規(guī)律，從整體最優(yōu)化的角度去實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各組成部分的有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）關(guān)聯(lián)性(協(xié)調(diào)性)用系統(tǒng)工程方法去分析和處理問(wèn)題時(shí)，不僅要考慮部分與部分之間、部分與整體之間的相互關(guān)系，而且，還要認(rèn)真地協(xié)調(diào)它們的關(guān)系。因?yàn)橄到y(tǒng)各部分之間、各部分與整體之間的相互關(guān)系和作用直接影響到整體系統(tǒng)的性能，協(xié)調(diào)它們的關(guān)系便可提高整體系統(tǒng)的性能。

（3）綜合性(交叉性)系統(tǒng)工程以大型復(fù)雜的人工系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)為研究對(duì)象，這些系統(tǒng)涉及的因素很多，涉及的學(xué)科領(lǐng)域也較為廣泛。因此系統(tǒng)工程必須綜合研究各種因素，綜合運(yùn)用各門(mén)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域的成就，從整體目標(biāo)出發(fā)使各門(mén)學(xué)科、各種技術(shù)有機(jī)地配合和綜合運(yùn)用，以實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化。例如把人類(lèi)送上月球的“阿波羅登月計(jì)劃”，就是綜合運(yùn)用各學(xué)科、各領(lǐng)域成就的產(chǎn)物，這樣復(fù)雜而龐大的工程沒(méi)有采用一種新技術(shù)，而完全是綜合運(yùn)用現(xiàn)有的科技結(jié)果。（4）滿意性(最優(yōu)化)系統(tǒng)工程是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)化的組織管理技術(shù)，因此，系統(tǒng)整體性能的最優(yōu)化是系統(tǒng)工程所追求并要達(dá)到的目的。由于整體性是系統(tǒng)工程最基本的特點(diǎn)，所以系統(tǒng)工程并不追求構(gòu)成系統(tǒng)的個(gè)別部分最優(yōu)，而是通過(guò)協(xié)調(diào)系統(tǒng)各部分的關(guān)系，使系統(tǒng)的整體目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。1.4系統(tǒng)工程的學(xué)科基礎(chǔ)一般系統(tǒng)論信息論控制論運(yùn)籌學(xué)耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)理論混沌系統(tǒng)理論突變理論控制論工程控制論大系統(tǒng)理論計(jì)算機(jī)科學(xué)算法論仿真信息科學(xué)信息論智能系統(tǒng)分析系統(tǒng)建模系統(tǒng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)工程政策,制度約束統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模糊數(shù)學(xué)隨即過(guò)程數(shù)值方法其他規(guī)劃論對(duì)策論決策論庫(kù)存論排隊(duì)論圖論組織管理科學(xué)人文科學(xué)心理學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)社會(huì)學(xué)工程技術(shù)測(cè)量技術(shù)專(zhuān)業(yè)理論物理科學(xué)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用數(shù)學(xué)運(yùn)籌學(xué)行為科學(xué)工程科學(xué)系統(tǒng)工程與主要科學(xué)間的聯(lián)系系統(tǒng)工程的應(yīng)用領(lǐng)域

(1)社會(huì)系統(tǒng)工程；(2)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程；(3)區(qū)域規(guī)劃系統(tǒng)工程；(4)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)工程；(5)能源系統(tǒng)工程；(6)水資源系統(tǒng)工程；(7)交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程；(8)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程；(9)企業(yè)系統(tǒng)工程；(10)工程項(xiàng)目管理；(11)科技管理；(12)教育系統(tǒng)工程；(13)人口系統(tǒng)工程；(14)軍事系統(tǒng)工程;(15)物流系統(tǒng)工程;(16)質(zhì)量系統(tǒng)工程。1.5系統(tǒng)工程方法論

(1)霍爾的三維結(jié)構(gòu)(2)切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”模式(1)霍爾的三維結(jié)構(gòu)：美國(guó)學(xué)者A.D.霍爾（A.D.Hall）等在大量工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，于1969年提出,其內(nèi)容集中體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法論的系統(tǒng)化、綜合化、最優(yōu)化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)；將系統(tǒng)工程的工作內(nèi)容按時(shí)間維（表示系統(tǒng)工程的工作階段或進(jìn)程）、邏輯維（系統(tǒng)工程每一階段工作所要遵循的邏輯順序和工作步驟）和知識(shí)維（從事系統(tǒng)工程工作所需要的知識(shí)或者系統(tǒng)工程的專(zhuān)門(mén)應(yīng)用領(lǐng)域）展開(kāi)?；魻柸S結(jié)構(gòu)圖示

霍爾的三維結(jié)構(gòu)

運(yùn)用系統(tǒng)工程知識(shí)，把六個(gè)時(shí)間階段和七個(gè)邏輯步驟結(jié)合起來(lái)，便形成所謂的霍爾管理矩陣。矩陣中時(shí)間維的每一階段與邏輯維的每一步驟所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)aij(i＝1，2，…，6；j＝l，2，…，7)，代表著一項(xiàng)具體的管理活動(dòng)。矩陣中各項(xiàng)活動(dòng)相互影響、緊密相關(guān)，要從整體上達(dá)到最優(yōu)效果，必須使各階段步驟的活動(dòng)反復(fù)進(jìn)行。反復(fù)性是霍爾管理矩陣的一個(gè)重要特點(diǎn)，它反映了從規(guī)劃到更新的過(guò)程需要的控制、調(diào)節(jié)和決策。因此，系統(tǒng)工程過(guò)程系統(tǒng)充分體現(xiàn)了計(jì)劃、組織和控制的職能。

邏輯維時(shí)間維1明確問(wèn)題2選擇目標(biāo)3系統(tǒng)綜合4系統(tǒng)分析5方案優(yōu)化6作出決策7付諸實(shí)施1規(guī)劃階段a11a12a13a14a15a16a172方案階段a21a22a23a24a25a26a273研制階段a31a32a33a34a35a36a374生產(chǎn)階段a41a42a43a44a45a46a475運(yùn)行階段a51a52a53a54a55a56a576更新階段a61a62a63a64a65a66a67霍爾管理矩陣霍爾的三維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)明確目標(biāo)，核心內(nèi)容是最優(yōu)化，并認(rèn)為現(xiàn)實(shí)問(wèn)題都可歸納為工程系統(tǒng)問(wèn)題，應(yīng)用定量分析手段，求得最優(yōu)解；該方法有研究上的整體性（三維）、技術(shù)應(yīng)用上的綜合性（知識(shí)維）、組織管理上的科學(xué)性（時(shí)間維和邏輯維）和系統(tǒng)工程工作的導(dǎo)向性（邏輯維）等特點(diǎn)。

(2)切克蘭德的“調(diào)查學(xué)習(xí)”模式

系統(tǒng)工程常常把所研究的系統(tǒng)分為良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)兩類(lèi)。所謂良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指偏重工程、機(jī)理明顯的物理型的硬系統(tǒng)，它可以用較明顯的數(shù)學(xué)模型描述，有較現(xiàn)成的定量方法可以計(jì)算出系統(tǒng)的行為和最佳結(jié)果。解決這類(lèi)系統(tǒng)所用的方法通常稱(chēng)“硬方法”，霍爾的三維結(jié)構(gòu)主要適用于解決良結(jié)構(gòu)的硬系統(tǒng)。

所謂不良結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指偏重社會(huì)、機(jī)理尚不清楚的生物型的軟系統(tǒng)，它較難用數(shù)學(xué)模型描述，往往只能用半定量、半定性或者只能用定性的方法來(lái)處理問(wèn)題。解決這類(lèi)系統(tǒng)所用的方法，通常稱(chēng)為“軟方法”?！败洝钡闹饕蚴撬尤肓巳说呐袛嗪椭庇X(jué)，因此，解決問(wèn)題時(shí)不像硬方法可以求出最佳的定量結(jié)果，而是所求出的結(jié)果一般是可行的滿意解，并且有些結(jié)果隨人而異，因人而定。到目前為止，解決不良結(jié)構(gòu)的軟系統(tǒng)方法已提出一些，如專(zhuān)家調(diào)查法(德?tīng)柗品ǎ珼elphi)、情景分析法(scenario